CC BY
23
Дудкин Е.П., Алексеев А.В. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ВКЛЮЧЕНИЯ СВОДООБРУШИТЕЛЯ В ЗАТАРОЧНОМ УСТРОЙСТВЕ С ВИНТОВЫМ ПИТАТЕЛЕМ
Анализ исследований в области производства, хранения и переработки сыпучих грузов, а также комплексная оценка технологического оборудования специализированных предприятий послужили основой для разработки усовершенствованной конструкции затарочного устройства с винтовым питателем и механическим сводообрушителем (рис.1).
520
Рис.1 Конструктивно-технологическая схема предлагаемого затарочного устройства: 1 - обечайка; 2 -воронка; 3 - винтовой питатель (пружинный транспортер); 4 - загрузочный патрубок; 5 - рыхлитель (сводообрушитель); 6 - ось; 7 - заслонка; 8 - планка.
Затарочное устройство работает следующим образом. Накопительный бункер заполняется сыпучим грузом. Пружинный транспортер 3 обеспечивает выпуск сыпучего груза через загрузочный патрубок 4. Для устранения возможности сводообразования при работе затарочного устройства служит рыхлитель 5, который периодически включается. При этом лопасти рыхлителя 5 вводятся во взаимодействие с витками пружинного транспортера 3, а сам рыхлитель 5 начинает одновременно совершать вращательное движение относительно оси 6 и поступательное движение в направлении от одной торцевой стенки
выпускной воронки 2 к другой. После достижения рыхлителем 5 противоположной стенки выпускной воронки 2 его поступательное перемещение, а вместе с ним и взаимодействие его лопастей с витками пружинного транспортера 3, одновременно прекращаются, и рыхлитель 5 переводится в нерабочее
положение. По истечении времени рыхлитель 5 вновь включается и движется в противоположную
сторону, а затем выключается. Описанный процесс повторяется до полного опорожнения накопительного бункера.
В целях снижения удельной энергоемкости процесса выпуска сыпучего груза из накопительного бункера необходимо, чтобы величина работы, затрачиваемой на ввод (включение) или вывод
(выключение) лопастей рыхлителя из взаимодействия с витками пружинного транспортера, имела как
можно меньшее значение.
Рассмотрим основные варианты включения (выключения) рыхлителя, приняв следующую гипотезу: значения сил сопротивления, препятствующих включению и выключению рыхлителя, равны по модулю и противоположны по направлению.
На рис. 2 изображена схема включения (выключения) рыхлителя, которое осуществляется за счет его поворота на угол а' относительно неподвижной оси [1]. При этом центр тяжести рыхлителя,
совпадающий в зависимости от положения рыхлителя с точкой В или точкой Вх, должен переместиться
на расстояние Лу по оси у на расстояние Ах по оси х, м
Л у =Ув1 - Ув, (1)
Лх = Хв — Х В1, (2)
где Увх , Ув - проекции центра тяжести рыхлителя на вертикальную ось У соответственно при его холостом и рабочем положениях, м;
Хвх, Хв - проекции центра тяжести рыхлителя на горизонтальную ось X соответственно при его холостом и рабочем положениях, м;
Рис. 2 Схема механизма включения (выключения) рыхлителя за счет его поворота на угол а': а -
рабочее положение; б - холостое положение.
Задаваясь конструктивными размерами звеньев /вс=0,13м, 1ав=0,24м, 1оа=0,06м, 1А£=0,03м, выведем
формулы для определения числовых значений величин Ув1, Ув , X вх , Хв :
7И = 0О[ = ОА + Щ = ОА + д/АЦ2 - АЕ2 =
0,0742 - 0,032 = 0,128.«;
= 0,06 + ,
Щ =4ЭЕ2 + ЛЕ2 =40,0682 + 0,032 = 0,74«;
БЕ = ОБ + ОЕ = ОБ - ОА ■ сояа' = 0,12-0,06-сое 30 =0,068л<;
ОЭ = -
Вг
ПР
= 0,115 - 0,020 + 0,025 = 0,12«,
2 - к
орі
кЛ = 0,02«, орі
DПР
наружный диаметр пружинного транспортера, БПР=0,05 м;
Хт = АЕ = 0,03м.
После подстановки числовых значений в формулы (1), (2) получим:
Ду = 0,024 м, Дх = 0,03 м.
Работа, необходимая на преодоление сил сопротивления сыпучей среды угловому перемещению рыхлителя при его включении (выключении), Дж
лссум = АВ + АГ, (3)
где АВ, Ас , - величины работ, необходимые на преодоление сил сопротивления сыпучей среды, соответственно вертикальному и горизонтальному перемещениям рыхлителя, Дж.
Работа на преодоление сил сопротивления вертикальному перемещению рыхлителя, Дж
В Ті -ДУ
(4)
Ду
сила сопротивления
зертикальному перемещению рыхлителя [2], Н
ТДу = ТЛДу + ТБДу >
здесь
Тгг
сила лобового сопротивления вертикальному перемещению рыхлителя, Н; ТБі
(5)
- сила
1ЛАу сила лобового сопротивления вертикальному перемещению рыхлителя, Н; БДу
бокового сопротивления вертикальному перемещению рыхлителя, Н; Ці - КПД шарнирно - рычажного механизма, Ці=0,65 [3].
Работа на преодоление сил сопротивления горизонтальному перемещению рыхлителя, Дж
Аг =Тах ■ Дх
(6)
где Тдх - сила сопротивления горизонтальному перемещению рыхлителя, Н
ТДх = ТЛ Дх + ТБДх , (7)
здесь Т - сила лобового сопротивления горизонтальному перемещению рыхлителя, Н;
Т - сила бокового сопротивления горизонтальному перемещению рыхлителя, Н;
Вывод формул (5), (7) описан в работе [4].
В таблице 1 приведены числовые значения величины АС« для различных сыпучих грузов.
Таблица 1. Работа, необходимая на преодоление сопротивления сыпучей среды включению рыхлителя за счет его углового перемещения
+
Л
2
Г„ = СЮ-81п60 =0,104л*
Хл =OD^slnЗO =0,0 6м
где
Наимено-вание сыпучего груза Отруби пшеничные Мука травяная Шрот подсолнечный Мел дисперсный Рассыпной комбикорм
АС«, дж 2,717 1,823 3,311 6,406 2,225
Рассмотренный способ включения рыхлителя не является рациональным и практически применимым, так как он сопряжен с наличием большого сопротивления сыпучей среды, вызванного необходимостью сложного (одновременно вертикального и горизонтального) движения рыхлителя.
Другим возможным способом включения рыхлителя является его возвратно-поступательное перемещение вдоль оси, перпендикулярной одной из боковых стенок выпускной воронки (рис.3.а).
Работу сил сопротивления для рассматриваемого способа включения рыхлителя определим по формуле (6), приняв значение расстояния горизонтального перемещения рыхлителя Ах равным 0,030 м (табл.2).
Названный способ включения рыхлителя более совершенен по сравнению с описанным ранее, однако он также сопряжен с наличием большого сопротивления сыпучей среды, а, следовательно, требует больших энергетических затрат. Основной причиной этого является большая площадь миделевого сечения рыхлителя при его поступательном перемещении вдоль оси, перпендикулярной боковой стенке выпускной воронки.
Наименьшее сопротивление сыпучей среды включению рыхлителя обеспечивается за счет его возвратно-поступательного перемещения вдоль одной из боковых стенок выпускной воронки (рис.3.б,в). Высота подъема АН для рассматриваемого варианта определяется по формуле, м
АН = к^,+ а = 0,022м ,
где а - постоянная запаса выхода лопасти рыхлителя из взаимодействия с витками пружинного транспортера. Принимаем а = 0,002 м.
Рис.3 Схема механизма включения рыхлителя за счет поступательного перемещения: а - вдоль оси, перпендикулярной одной из боковых стенок выпускной воронки; б, в - вверх (вниз) вдоль одной из
боковых стенок выпускной воронки.
Таблица 2. Работа на преодоление сопротивления сыпучей среды включению рыхлителя за счет его поступательного перемещения вдоль оси, перпендикулярной одной из боковых стенок выпускной воронки.
Наименование сыпучего груза Отруби пшеничные Мука травяная Шрот подсолнечный Мел дисперсный Рассыпной комбикорм
л£ , Дж при Лх=0,03 0м 1,998 1,218 2,342 4,766 1,535
В этом случае работу на преодоление сил сопротивления включению рыхлителя определим по формуле (4), приняв ЛН=Лу=0,022 м (табл. 3).
Таблица 3. Работа на преодоление сопротивления сыпучей среды включению рыхлителя за счет его поступательного перемещения вдоль одной из боковых стенок выпускной воронки.____________________________
Наименование сыпучего груза Отруби пшеничные Мука травяная Шрот подсолнечный Мел дисперсный Рассыпной комбикорм
Лс , Дж при Лу=0,022м 0,659 0,555 0,888 1,504 0,632
Таким образом, наибольшее энергосбережение достигается при включении рыхлителя за счет его поступательного перемещения вверх-вниз вдоль одной из стенок выпускной воронки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев А.В. Совершенствование процесса затаривания клапанных мешков насыпными грузами. // Актуальные агроинженерные проблемы АПК / Сб. научн. тр. - СГСХА. - Самара. 2002. - с. 190-192.
2. Платонов П.Н., Лебединский В.Г., Фасман В.Б. Элеваторы и склады. М.: Колос, 1971. - 298с.
3. Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для вузов. - М., «Машиностроение», 197 4. - 655с.
4. Алексеев А.В. Совершенствование затарочных устройств в транспортно-технологических схемах перевозки сыпучих грузов (на примере клапанных мешков). Дисс. канд. техн. наук. Санкт-Петербург. 2003 - 213с.
